《水科学进展》2026年第6期中文摘要
国家水网复杂网络模型构建及结构特征分析
王丽川1，何 凡1，赵 勇1，王建华1，何国华1，师林蕊1，葛召华2
（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；2. 山东省水利综合事业服务中心，山东 济南 250013）
摘要：定量解析国家水网的拓扑结构与演变规律，可为国家水网的高质量建设与空间布局优化提供理论支撑。本文基于复杂网络理论构建国家水网复杂网络模型，通过结构与流量的度分布评估全局特性，采用综合中心性指数识别重要结点，并引入改进的InfoMap算法划分水力联系区。研究表明：跨流域调水显著提升了水网连通性与配置均衡性，度数大于3的结点由30个增至159个，低流量结点占比上升；现阶段黄河、淮河、海河和长江四大流域的关键性与枢纽性结点占比分别为95.1%和100%；全网水力联系区由125个合并至104个。总体而言，调水工程在拓扑层面重塑了水网连通性，黄河、淮河、海河和长江四大流域已形成高度耦合的水力联系区，未来水网安全保障亟需转向全网统筹的协同与韧性管理。
关键词：国家水网；网络模型；复杂网络；重要结点；水力联系区
现代化水网系统能力形成逻辑与评价引导机制
尚毅梓1，2
（1. 中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011；2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038）
摘要：在国家水网骨干网络逐步成形、工程体系持续完善的背景下，现代化水网建设的重点正由工程网络连通转向分散工程能力的协同组织、有效运行和持续优化。围绕这一转向，本文提出“约束前置—场景牵引—闭环落地”的系统能力形成逻辑。其中，“约束前置”界定系统能力形成和调用的边界条件，“场景牵引”组织工程体系、运行管理与调度体系和智慧调控体系的相关能力，“闭环落地”通过运行事实核验执行过程和任务结果，并据此修正约束边界、场景方案和运行安排。为将这一逻辑转化为可实施过程，提出能力分层分解、方案分类管理和证据链固化3类方法，相应形成约束边界包、场景方案包和运行闭环包。进一步建立“口径-分档-证据链”评价判据，用于判断系统能力形成程度、识别具体短板，并将评价结果回写至3类成果载体，使评价由末端判定转化为贯穿系统能力形成、运行验证和持续优化全过程的引导机制。由此形成贯通边界界定、任务组织、运行验证和评价反馈的完整框架，为现代化水网系统能力的组织、验证和持续优化提供方法依据。
关键词：现代化水网；系统能力形成；约束—场景—闭环；结构化成果载体；评价引导
国家水网调度闭环的逻辑结构与实现机制
尚毅梓1，2
（1. 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038）
摘要：现代化水网系统能力的发挥需要具体任务情景牵引，国家水网调度是组织系统能力发挥的关键运行机制。它一方面将任务情景下产生的调度需求转化为调度任务，组织跨区域、跨层级、跨主体和跨工程的协同行动；另一方面将执行状态、任务结果和偏差处置情况与任务发起时确定的调度对象、调度目标、约束边界和审签依据建立对应关系，并反馈给相应法定调度主体，用于结果核验、偏差纠正和后续判断，由此形成调度闭环。当前，对象口径不一、权责边界不清、指令传导不稳和全过程记录不连续，导致调度任务、协同行动与任务结果难以稳定衔接。针对这一问题，本文界定国家水网调度闭环，提出由“5项判据-4类穿透”构成的核心逻辑，并构建8节点运行主链。在此基础上，提出权威轨与智能轨协同、预防态与实操态切换和“4+1”跨层级跨体系协同3项实现机制，分别用于衔接技术支撑与法定调度主体决策、规范任务流程状态转换和落实跨层级任务承接与责任连续。规则链、指令链、证据链和制度保障为调度闭环稳定运行提供支撑。研究可为国家水网调度体系建设与运行机制完善提供理论依据。
关键词：国家水网；调度闭环；5项判据；8类穿透；8节点运行主链
现代化水网控制理论与系统构建方法
尚毅梓1，2
（1. 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；2. 中国水利水电科学研究院，北京 100038）
摘要：现代化水网运行既要把调度任务转化为可执行的工程操作，也要把工程作用、任务效果和偏差信息关联到原任务，为后续判断提供依据。本文把调度任务与工程执行之间的这种连续关系称为任务级控制关系。它以经审定的任务为起点，随状态、约束和授权变化而保持或调整，并通过结果反馈最终闭合。针对对象口径不一、测控链路不闭合和责任承接不连续等问题，提出对象对应、关系成立、状态接续和组织形成4个理论命题。“节点-通道”为任务和工程提供统一的对象表达；任务级测控协同判据从对象、边界、权限和责任4个方面判断关系能否建立、保持和闭合；5类状态与3类运行域用于识别运行条件变化，并说明原控制关系何时保持、调整或重建；基本控制单元及其多尺度组织支撑多个工程单元围绕同一任务协同工作。在此基础上，提出状态表述、基础测控、协同控制和能力增强4类方法。围绕“决策—调度—控制—执行”总体架构，进一步说明任务怎样转化、反馈怎样返回、控制组织怎样跨尺度衔接、3类边界怎样对应，以及系统怎样分层检验。研究表明，任务级控制关系能否建立、保持并闭合，取决于任务与工程对象能否明确对应，测量、控制和反馈能否连成完整链路，状态、约束、授权和责任能否在执行过程中持续有效，以及多个工程单元能否围绕同一任务协同工作。
关键词：现代化水网；任务级控制关系；节点-通道；测控一体化；全状态控制；基本控制单元；系统构建方法
水灾害现场透彻感知：理论框架、技术路径与关键科技问题
厉伟志1，2，严登华1，高昊悦1，3，秦天玲1，孙亚勇1，黄诗峰1，庞治国1
（1. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京，100038；2. 郑州大学水利与交通学院，河南 郑州，450001；3. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京，210098）
摘要：针对水灾害现场环境极端、态势骤变、信息稀疏、风险链生与空间隐蔽等特征，本文厘清了水灾害与水灾害现场的内涵；基于广义全链条认知范式，构建“感-知-融-馈”4层透彻感知理论框架，提出立体化韧性感知、智能融合认知、数字孪生推演、精准协同反馈四大核心技术路径。系统剖析了自然驱动型与人为扰动型水灾害现场的底层科学问题，明确2类场景分别以“快”“深”为核心的差异化技术侧重，提炼出极端环境信息获取与传输、物理机理与数据驱动深度融合、复杂系统实时闭环调控三大共性关键科技瓶颈。该框架实现了从数据采集到行动落地的信息价值全转化，为水灾害现场全要素多尺度感知与快速应急响应提供了系统性理论支撑。
关键词：水灾害现场；透彻感知；“感-知-融-馈”框架；数字孪生；应急响应；多源数据融合
渭河流域骤旱事件时空特征及气候驱动因素
耿广坡，刘雨露，单利君，陈梦夏，冯 熙，唐东东
（西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西 西安 710054）
摘要：为厘清渭河流域骤旱事件的演变规律及气候驱动因素，基于ERA5-Land土壤湿度与气象数据，采用三维聚类方法识别渭河流域骤旱事件，系统分析其时空演变特征，结合主成分分析解析主导气候因素。结果表明：①2000—2024年渭河流域共识别出骤旱事件68次，约2.72次/a，平均持续时间约36.5d/次，其中泾河流域南部骤旱事件持续时间较长（50～< 90 d），易发生大范围、高强度事件；②骤旱事件整体向西北偏西、东南偏东和东北偏东方向迁移，分别发生12、10和9次，在西南偏南方向上事件的迁移距离、面积和严重度最大；③热力-大气蒸散需求和水分供给分别是影响骤旱的第1和第2主成分（PC1和PC2），分别解释了总方差的63.2%和16.4%，骤旱期间PC1得分显著升高（6.95），PC2得分明显降低（−1.52）。研究表明，渭河流域骤旱事件是在强烈的热力-大气蒸散需求主导下叠加水分亏缺共同作用形成的。研究结果可为渭河流域骤旱监测预警与风险管理提供科学依据。
关键词：骤旱；ERA5-Land；时空演变；气候驱动；渭河流域
1960—2024年长江流域泥沙变化及其驱动因素
顾朝军1，杨 林1，姚 赫1，穆兴民2，黄立文1，王 剑3
（1. 长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站，湖北 武汉 430012；2. 西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；3. 华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070）
摘要：泥沙输移是长江流域工程建设与水土资源保护利用中的关键科学问题。本文基于1960—2024年长江流域干支流13个水文站输沙量及175个气象站降雨观测资料，采用Mann-Kendall检验、有序聚类及双累积曲线等方法，研究长江流域泥沙时空演变及其驱动因素。结果表明：①长江干流年输沙量呈显著下降趋势（P<0.01），向家坝站输沙量于2010年发生突变，其余各站突变点均出现在2001年，突变后输沙量降幅达67.76%～90.04%。②2001年后，8条主要支流的输沙模数普遍锐减，其中汉江、沅江降幅超过80%，显著改变了干流沿程的泥沙冲淤格局；寸滩—宜昌段由冲刷转为淤积，宜昌—汉口段由淤积转为冲刷。③降雨对输沙量增加的潜在贡献约为5%，但被强烈的人类活动所抵消；梯级水库群的拦截作用与水土保持工程实施是导致长江干支流输沙量锐减的主要驱动因素。
关键词：输沙量；时空演变；水库建设；水土保持；长江流域
西北内陆河各流域地下水储量变化归因分析
袁昕尧1，2，殷杰玲1，2，张宝忠3，4，孙世坤1，2，彭致功3，4，王玉宝1，2
（1. 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100；2. 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，陕西 杨凌 712100；3. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；4. 国家节水灌溉北京工程技术研究中心，北京 100048）
摘要：为揭示西北内陆河不同流域地下水储量变化特征及其影响因素差异，本文基于灌区与非灌区分区视角，对比分析2002—2020年内陆河各流域地下水储量的时空变化特征，利用水量平衡方程分离自然与人为因素影响并量化其贡献。结果表明：①西北内陆河流域整体地下水储量以0.29cm/a的速率下降，呈“北降南升”的空间格局；灌区的下降速率（0.93cm/a）约为流域的3倍，且在南、北疆多数流域灌区降幅更为显著。②不同流域地下水储量变化的主要影响因素存在明显差异，但总体上与地表水、地下水供水量和人口密度显著相关。③灌区主要受地下水开采、灌溉面积扩张及蒸散发影响，降水和地表水补给对多数流域灌区地下水储量具有缓冲作用；地表水的大量取用是非灌区地下水储量减少的重要因素，在塔里木盆地、河西走廊等流域尤为显著。研究结果可为旱区地下水可持续利用与管理提供科学依据。
关键词：地下水储量；归因分析；水量平衡方程；时间序列分解；灌区；西北内陆河流域
有效不透水面增量布局对城市雨洪峰量的影响机制
周 宏1，2，许 钦2，3，高 成4，刘 俊4，陈 星4，栾清华5
（1. 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室，湖北 武汉 430019；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029；3. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；4. 河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；5. 河海大学流域水循环与水安全全国重点实验室，江苏 南京 210098）
摘要：为揭示有效不透水面增量布局对雨洪过程的影响机理，本文构建了精细化雨洪模型，划分上、下游子汇水区，通过设置不同位置与规模的有效不透水面增量情景，以常州市双桥浜径流小区为典型区域，系统分析其对洪峰、洪量的影响。结果表明：有效不透水面位置、原始透水面下渗能力及降雨量级是影响水文响应的重要因素；新增有效不透水面的空间区位效应显著，位于下游区域时洪峰与洪量的增长率显著高于上游，中等下渗能力情景下二者增长率差值最大分别为18.48%、7.70%；原始下渗能力越强的透水区域转为有效不透水面后径流增长比例越大；洪峰与洪量增长呈现随降雨重现期增大而减弱的趋势，表现出对小降雨事件的放大效应。研究可为优化城市下垫面空间格局、指导雨洪设施合理布局提供科学依据。
关键词：有效不透水面；城市雨洪模拟；空间布局；水文响应；城市洪涝；海绵城市
降水空间聚集度指标的适用性评价
张艺栋1，2，刘元波2，3，刘永伟2，3，吴心渠2，3，王 容2，冯思琪2，4
（1. 南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210023；2. 中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 211135；3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 南京信息工程大学地理科学学院，江苏 南京 210044）
摘要：本文采用受控数值情景试验和ERA5-Land 月降水数据在全球陆地和长江流域尺度检验了变异系数（CV）、基尼系数（G）、泰尔指数（T）和赫芬达尔-赫希曼指数（IHH）在降水聚集度研究中的适用性。结果表明：4个指标在降水总量同比例变化时均保持稳定，但对干湿极化和湿区收缩的响应强度不同；T对干湿极化响应较强，适合识别尾部降水份额变化；IHH对湿区收缩响应较强，适合识别降水向少数区域集中的过程；CV与G整体响应较为稳定；受控数值试验中“干湿极化”机制在ERA5-Land月降水场中可进一步细分为“单侧湿尾增强”与“干湿双尾分化”2类亚机制，其中，CV对单侧湿尾增强响应更强，T在干湿双尾分化明显时更具优势。长江流域检验与全球陆地尺度结果总体一致。研究结果可为降水聚集度指标选用提供方法依据。
关键词：降水空间聚集度；不均匀性度量；指标敏感性；ERA5-Land；受控数值试验；指标适用性
物理引导深度学习预测数据稀缺流域径流时空分布
王兆才1，孔佳宸1，何国华2，吴俊豪3
（1. 上海海洋大学信息学院，上海 201306；2. 中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038；3. 华东师范大学河口海岸全国重点实验室，上海 200241）
摘要：高精度径流预测是水资源管理与防洪减灾的基础。然而，在数据稀缺流域，传统水文模型率定困难，预测精度受到限制；深度学习方法关注单站点时间序列建模，未充分刻画流域整体时空关联特征。本文提出一种面向流域尺度日径流预报的融合物理约束的CNN-GAN（Physics-constrained CNN-GAN，PCG）预测模型，通过卷积神经网络（CNN）提取空间特征，生成对抗网络（GAN）对径流场进行约束优化，损失函数中嵌入物理约束，提升模型的物理合理性与鲁棒性。基于数据稀缺的怒江-伊洛瓦底江流域案例研究表明：PCG模型在流域尺度上具有更好的空间一致性；在站点尺度上，纳什效率系数（ENS）等均维持在较高水平，即便在水文条件复杂的站点仍表现出稳定性能（ENS >0.6），其综合表现优于基准对比模型和GloFAS模型。本研究成果可为数据稀缺地区的径流预测提供一种兼具高精度与物理可解释性的新方法。
关键词：径流预测；数据稀缺地区；卷积神经网络；生成对抗网络；物理损失函数
京津冀平原地下水库潜在靶区识别方法
詹力炜，刘 蓉，赵 勇，李海红，吴 初，陆垂裕
（中国水利水电科学研究院流域水循环与水安全全国重点实验室，北京 100038）
摘要：为降低地下水库区域筛选对指标赋权和经验阈值的依赖，提出一种潜在靶区识别方法。以京津冀平原浅层含水层系统为对象，构建“数据驱动分区—水文地质约束—生态补水验证”的识别流程，从水源、库容、存储和回补条件等方面选取8项水文地质指标，通过聚类与最大似然分类进行概率分区，叠加古河道沉积条件、地貌和水系等约束圈定靶区，并利用生态补水事件验证地下水响应，采用蒙特卡洛方法估算特征库容。结果表明：研究区共识别出8处靶区，总面积为6 097.9km2，可调蓄最大库容为（41.6±4.7）亿m3；唐河-沙河与滹沱河靶区可调蓄最大库容合计占69.2%，生态补水下平均水位抬升0.22m，可作为后续地下水库优先勘查的重点候选区域。该方法可为地下水库前期规划与优先勘查区筛选提供参考。
关键词：潜在靶区识别；地下水库；无监督聚类；ISODATA算法；京津冀平原
南水北调东中线工程水力调度大模型框架
贺 蔚1，2，魏晨浩1，2，高士强3，王海洋1，2，叶 枫4，任学良5，唐洪武1，6
（1. 河海大学水利部水循环与水动力系统重点实验室，江苏 南京 210098；2. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；3. 中国南水北调集团东线有限公司，北京 100070；4. 河海大学计算机与软件学院，江苏 南京 211100；5. 中国南水北调集团水网智慧科技有限公司，北京 100073；6. 华南理工大学土木与交通学院，广东 广州 510641）
摘要：南水北调东中线工程具有沿线闸泵设施多、水力调度节点密集、实时调度耦合性强、数据量大多源、场景多样的特点，国家水网建设和人工智能发展背景下，亟待研发水力调度大模型进行数字赋能。本文针对水力调度系统多源数据整合、专业知识适配及动态决策支持等技术难题，按照数据基座-模型开发-场景适配的结构，构建了基于多模态耦合与检索增强生成（Retrieval-Augmented Generation，RAG）的南水北调东中线工程水力调度大模型框架。框架包括3项关键技术：L0多模态数据基座实现数据深度融合与高效访问、数据-模型双驱动预测的L1/L2模型与RAG技术融合转化、考虑多场景适配的L3全景数字孪生平台。框架可实现多模态数据融合、多场景适配和决策调度方案生成。本框架分别应用于考虑沿线水位约束的南水北调中线工程总干渠水力调度、考虑输水建筑物水位波动的南水北调中线工程总干渠水力调度、考虑流量需求和水质约束的南水北调东线工程水网水力调度三大典型场景。场景应用结果表明：该框架各模块协同作用显著，相较于常规L1、L2水力调度模型，RAG赋能的水力调度模型的可解释性与实时响应能力进一步提升，水动力、水质的综合调度准确率达0.845（较常规开源RAG系统提升0.098）。该研究可应用于大型调水工程的水力调度，为工程数字化智能化高质量发展提供可行技术路径。
关键词：水力调度；多模态耦合；检索增强生成；大语言模型；数字孪生；南水北调
城市内涝AI预报模型样本规模优化及性能响应特征
孟佳静1，侯精明1，陈光照1，潘鑫鑫1，王 添1，齐文超2，马利平1
（1. 西安理工大学旱区水工程生态环境全国重点实验室，陕西 西安 710048；2. 天津理工大学海洋能源与科学研究院，天津 300384）
摘要：城市内涝AI预报模型面临样本规模选择的问题，样本过多易造成计算资源浪费，样本过少则易发生过拟合。本文将水文水动力模型与AI技术结合，选取Ridge回归、K近邻、随机森林和BP神经网络4种算法，通过识别各模型的性能突变点、饱和点与最优样本量，探究各模型预报性能随样本量增加的演变规律。结果表明：适度规模的样本即可支撑模型达到高精度收敛；保证精度的前提下（纳什效率系数大于等于0.85且均方根误差小于等于0.02），4种模型的最优样本量分别为100、90、50和120，分别占总样本量的59.5%、53.6%、29.8%和71.4%；在最优样本量下，数据集构建耗时较全样本分别减少5.00、5.71、8.61和3.39h，随机森林的样本优化潜力最大。研究为兼顾数据集构建成本与预测精度提供了参考。
关键词：城市内涝；水文水动力模型；AI快速预报；样本规模优化；预测精度
融合不同物种生境适宜性的通江湖泊生态水位计算方法
华祖林1，2，尚希婷1，3，王 鹏1，顾 莉1，刘建龙4，闵克祥5
（1. 河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室，江苏 南京 210098；2. 长江保护与绿色发展研究院，江苏 南京 210098；3. 中通服节能技术服务有限公司 江苏 南京 210003；4. 江苏省水利工程规划办公室，江苏 南京 210029；5. 江苏省秦淮河水利工程管理处，江苏 南京 210022）
摘要：针对通江湖泊水位变幅显著与不同季节独特生境功能的特点，现有方法多关注静态水位或单一物种，难以兼顾其动态变化与多生境需求。本文提出一种融合不同物种生境适宜性的通江湖泊生态水位计算新方法，采用隶属函数定量描述湖区中各关键物种在不同重要生长阶段对水位的需求，引入博弈论赋权法以平衡不同关键物种需求间的冲突，通过权重计算不同时段的组合隶属函数，选取组合隶属度最大值对应的水位区间作为该时段的湖泊生态水位区间。以长江下游通江湖泊——石臼湖为案例，采用该方法得到了石臼湖各月的适宜生态水位区间，并确定5—6月的日水位涨幅在0.02m左右，6—7月过渡期（3～8d）日水位涨幅应介于0.3～0.5m。研究成果为石臼湖动态水位管理提供了量化依据，也为其他通江湖泊生态水位确定提供了一种新的探索与尝试。
关键词：生态水位；通江湖泊；多生境；博弈论赋权法
基于集合群落动态模型的半干旱受控河流水生群落动态特征及驱动机制解析
——以大黑河为例
段利民1，2，王东华1，王国强3，刘廷玺1，2，王奕博4，刘 攀5
（1. 内蒙古农业大学旱区水工程生态环境全国重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010018；2. 黄河流域内蒙古段水资源水环境水生态“三水融合”与协同治理集成攻关大平台，内蒙古 呼和浩特 010018；3. 北京师范大学卫星应用前沿交叉研究院，北京 100875；4. 长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010；5. 武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室，湖北 武汉 430072）
摘要：半干旱受控河流（指受人类活动影响显著的河流）水生群落动态对环境变化响应敏感，外部因素对水生群落动态的作用机制是当前研究的热点问题。以黄河一级支流大黑河的中下游河段为研究对象，基于2023—2024年4个断面36组水资源、水环境、水生态（“三水”）同步监测数据，联合应用集合群落动态模型（MDM）、累计扩散量（CDV）与扩散相对潜力指数（RDPI），系统分析了浮游植物、浮游动物及底栖动物群落的生态位特征、扩散规律及驱动机制。结果表明：①3类群落在多数环境梯度上表现出较宽的生态位（0.80～1.00之间），群落资源利用重叠程度较高（平均竞争系数达0.93），但群落间仍存在一定程度的生态位分异特征；②空间扩散沿河流纵向表现为“上游净输出-下游净输入”的格局，其中浮游动物扩散潜力最高（RDPI为0.44）；③生物相互作用对群落动态的平均贡献率最高（51%），高于水质效应（27%）和水文效应（22%），且沿河流纵向呈现明显的空间异质性。研究成果可为半干旱河流生态水文过程及“三水”协同治理提供科学依据。
关键词：水生群落；集合群落动态模型；生态位特征；驱动机制；大黑河
